徐銀梅　崔家瑞　王尚君

摘 要 過去的實(shí)驗(yàn)教學(xué)中存在與工程實(shí)際脫節(jié)、忽視學(xué)生工程實(shí)踐能力及創(chuàng)新能力培養(yǎng)等一些問題。針對(duì)這些問題，建設(shè)新的實(shí)驗(yàn)教學(xué)體系，調(diào)整實(shí)驗(yàn)課程結(jié)構(gòu)，加強(qiáng)校企合作，進(jìn)行實(shí)驗(yàn)教學(xué)改革，使實(shí)驗(yàn)教學(xué)內(nèi)容更緊密結(jié)合工程實(shí)際，更注重學(xué)生工程能力及創(chuàng)新能力的培養(yǎng)，使學(xué)生成為合格的工程應(yīng)用型人才。

關(guān)鍵詞 實(shí)驗(yàn)教學(xué)；工程教育；創(chuàng)新能力；工程實(shí)踐能力

中圖分類號(hào)：G642.423 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：B

文章編號(hào)：1671-489X（2015）10-0147-03

Engineering Practice Ability and Innovation Ability Training in Experiment Teaching//XU Yinmei， CUI Jiarui， WANG Shangjun

Abstract Experimental teaching in the past have some problems， such as ignored the students ability of engineering practice and innovation training. According to the problems， constructed the new experimental teaching system， adjusted experimental curriculum structure， to strengthen the school and enterprise cooperation etc， to enable students to become qualified applied talents of engineering.

Key words experimental teaching； engineering education； innova-tive ability； engineering practice ability

1 前言

據(jù)統(tǒng)計(jì)，我國(guó)工程教育規(guī)模至2013年已居世界第一[1]。在高校工程教育規(guī)?？焖侔l(fā)展的同時(shí)，也存在不少問題和挑戰(zhàn)，如工程教育與實(shí)際工程脫節(jié)，工程教育體系不夠健全，課程體系相對(duì)陳舊，教師本身工程基礎(chǔ)知識(shí)和能力欠缺……這就導(dǎo)致相當(dāng)一部分工科畢業(yè)生缺乏工程實(shí)踐能力和工程基礎(chǔ)知識(shí)，在實(shí)際問題面前手足無措，難以滿足社會(huì)需求 [2]。由此可見，我國(guó)的工程教育人才培養(yǎng)質(zhì)量有待進(jìn)一步提高。

學(xué)生工程實(shí)踐能力和創(chuàng)新能力的培養(yǎng)是提高工程教育人才培養(yǎng)質(zhì)量的重要因素，而實(shí)驗(yàn)教學(xué)是培養(yǎng)學(xué)生工程實(shí)踐能力和創(chuàng)新能力的重要載體，所以實(shí)驗(yàn)教學(xué)中學(xué)生的工程實(shí)踐能力和創(chuàng)新能力的培養(yǎng)至關(guān)重要。北京科技大學(xué)自動(dòng)化專業(yè)是卓越工程師計(jì)劃專業(yè)和教育部第二批CDIO工程教育模式特色專業(yè)，在過去的實(shí)驗(yàn)教學(xué)中存在與工程實(shí)際脫節(jié)、忽視學(xué)生工程實(shí)踐能力培養(yǎng)等一些問題。針對(duì)這些問題，建設(shè)新的實(shí)驗(yàn)教學(xué)體系，調(diào)整實(shí)驗(yàn)課程結(jié)構(gòu)，加強(qiáng)校企合作，提高教師工程素養(yǎng)，使實(shí)驗(yàn)教學(xué)內(nèi)容更緊密結(jié)合工程實(shí)際，更注重學(xué)生工程能力及創(chuàng)新能力的培養(yǎng)，使學(xué)生成為合格的工程應(yīng)用型人才。

2 建設(shè)新的實(shí)驗(yàn)教學(xué)體系結(jié)構(gòu)，注重培養(yǎng)學(xué)生工程實(shí)踐能力及創(chuàng)新能力

通過近幾年的實(shí)驗(yàn)教學(xué)體系建設(shè)，實(shí)驗(yàn)中心建立了“以驗(yàn)證實(shí)驗(yàn)為本、綜合設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)為主、創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)為優(yōu)”的“三層式”實(shí)驗(yàn)教學(xué)體系：第一層次以基礎(chǔ)驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)為主，主要在專業(yè)基礎(chǔ)課程中開設(shè)，確保學(xué)生掌握本專業(yè)的基本實(shí)驗(yàn)技能，提高實(shí)踐動(dòng)手能力；第二層次以綜合設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)為主，該類實(shí)驗(yàn)融合多門專業(yè)課程或一門專業(yè)課程的多個(gè)知識(shí)點(diǎn)，重在培養(yǎng)學(xué)生掌握系統(tǒng)完整的知識(shí)結(jié)構(gòu)與綜合實(shí)踐技能，如自動(dòng)化實(shí)訓(xùn)實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目；第三層次以創(chuàng)新性實(shí)驗(yàn)為主，主要在專業(yè)課程中設(shè)置，啟迪學(xué)生的專業(yè)設(shè)計(jì)與創(chuàng)新能力，此外還通過實(shí)驗(yàn)室開放項(xiàng)目和科技創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)室鍛煉學(xué)生的實(shí)踐創(chuàng)新能力。

按照三層次教學(xué)體系，建設(shè)自動(dòng)化實(shí)訓(xùn)實(shí)驗(yàn)室、創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)室等新功能實(shí)驗(yàn)室，構(gòu)建了從基礎(chǔ)課實(shí)驗(yàn)室→專業(yè)實(shí)驗(yàn)室→實(shí)訓(xùn)實(shí)驗(yàn)室的一體化實(shí)踐教學(xué)鏈，進(jìn)一步強(qiáng)化了教學(xué)體系當(dāng)中的創(chuàng)新能力和工程實(shí)踐能力的培養(yǎng)。

3 構(gòu)建實(shí)訓(xùn)平臺(tái)，培養(yǎng)學(xué)生工程實(shí)踐能力及創(chuàng)新能力

卓越工程師計(jì)劃專業(yè)和CDIO工程教育模式特色專業(yè)二者在學(xué)生培養(yǎng)目標(biāo)上是一致的，都是培養(yǎng)工程應(yīng)用型人才，都需要提升學(xué)生工程素養(yǎng)，培養(yǎng)學(xué)生工程實(shí)踐能力和創(chuàng)新能力。而過去，實(shí)驗(yàn)設(shè)備多是教學(xué)儀器，偏重于理論驗(yàn)證，與工程實(shí)際應(yīng)用設(shè)備相差太多，造成實(shí)驗(yàn)教學(xué)與工程實(shí)際脫節(jié)，使學(xué)生缺乏工程基礎(chǔ)知識(shí)和工程基本能力培養(yǎng)的手段和方法。為此研制一套自動(dòng)化生產(chǎn)線實(shí)訓(xùn)平臺(tái)，建成自動(dòng)化專業(yè)實(shí)訓(xùn)教學(xué)平臺(tái)，進(jìn)一步強(qiáng)化教學(xué)體系當(dāng)中的工程實(shí)踐應(yīng)用環(huán)節(jié)，提高學(xué)生的就業(yè)競(jìng)爭(zhēng)力，體現(xiàn)了實(shí)驗(yàn)教學(xué)緊密聯(lián)系實(shí)際生產(chǎn)過程的工程特色。

該平臺(tái)以實(shí)際工業(yè)系統(tǒng)為原型，涵蓋完整的自動(dòng)化工廠實(shí)訓(xùn)系統(tǒng)，包括過程控制、運(yùn)動(dòng)控制和制造自動(dòng)化等多個(gè)行業(yè)子系統(tǒng)。實(shí)訓(xùn)平臺(tái)包括多個(gè)典型的工業(yè)控制過程，例如：張力控制系統(tǒng)描述了鋼鐵領(lǐng)域的軋機(jī)控制系統(tǒng)；多熱工參量控制系統(tǒng)描述了化工領(lǐng)域的鍋爐熱工參數(shù)控制系統(tǒng)；柔性制造系統(tǒng)描述了工業(yè)裝配一體化系統(tǒng)；鋼鐵行業(yè)廢水處理系統(tǒng)描述了鋼鐵生產(chǎn)過程中廢水處理的過程（混凝—沉淀—過濾—?dú)⒕に嚕?；等等。通過各個(gè)系統(tǒng)的學(xué)習(xí)，學(xué)生可以快速了解典型工業(yè)過程。

實(shí)訓(xùn)平臺(tái)中課程涉及面廣，包括自動(dòng)控制原理、現(xiàn)代控制工程、電路、模擬電子、數(shù)字電子、電機(jī)及其運(yùn)動(dòng)控制、過程控制、計(jì)算機(jī)控制、網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、PLC、單片機(jī)和嵌入式系統(tǒng)相關(guān)學(xué)科的主要知識(shí)點(diǎn)。在對(duì)這些知識(shí)點(diǎn)進(jìn)行梳理、分解與組合的基礎(chǔ)上，以實(shí)際工程項(xiàng)目設(shè)計(jì)開發(fā)的方式要求學(xué)生實(shí)現(xiàn)，學(xué)生可以在此平臺(tái)上將課本知識(shí)應(yīng)用于實(shí)踐。

基于實(shí)訓(xùn)平臺(tái)，引入主動(dòng)式教學(xué)理念，以學(xué)生為主導(dǎo)，弱化教師的主體作用。在實(shí)訓(xùn)過程中，通過提問的方式引導(dǎo)學(xué)生思考，可以有效地培養(yǎng)學(xué)生分析、提出方案并解決工程實(shí)際問題的能力及產(chǎn)品開發(fā)、設(shè)計(jì)、技術(shù)改造與創(chuàng)新的能力。endprint

該實(shí)訓(xùn)平臺(tái)可以完整地、前后銜接地貫穿于整個(gè)本科教學(xué)階段，強(qiáng)化了教學(xué)體系當(dāng)中的工程實(shí)踐應(yīng)用環(huán)節(jié)，使學(xué)生學(xué)會(huì)應(yīng)用所學(xué)理論知識(shí)解決實(shí)際問題，并深入了解典型工業(yè)自動(dòng)化生產(chǎn)線工藝流程。為自動(dòng)化專業(yè)的課程設(shè)計(jì)、畢業(yè)設(shè)計(jì)提供相應(yīng)的訓(xùn)練環(huán)節(jié)，提高了學(xué)生的就業(yè)競(jìng)爭(zhēng)力，體現(xiàn)了實(shí)驗(yàn)教學(xué)緊密聯(lián)系實(shí)際生產(chǎn)過程的工程特色。

學(xué)生通過實(shí)訓(xùn)課程的訓(xùn)練，不僅了解了工業(yè)生產(chǎn)工藝流程，提升了專業(yè)認(rèn)同感，而且培養(yǎng)了學(xué)生的工程基礎(chǔ)知識(shí)、動(dòng)手實(shí)踐能力、團(tuán)隊(duì)合作能力和工程系統(tǒng)設(shè)計(jì)能力。

4 建立創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)平臺(tái)，在實(shí)踐中培養(yǎng)學(xué)生的工程實(shí)踐及創(chuàng)新能力

學(xué)院近幾年先后建成了三個(gè)創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)室，并面向全院學(xué)生全天候開放，結(jié)合學(xué)科專業(yè)特點(diǎn)，購置必要的研究設(shè)備和相關(guān)圖書，為大學(xué)生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)（SRTP）項(xiàng)目活動(dòng)及各類學(xué)科競(jìng)賽提供了一些基本的硬件條件及場(chǎng)地。實(shí)驗(yàn)室建立了完善的管理制度和開放制度，由相關(guān)教師及實(shí)驗(yàn)人員共同管理。學(xué)生進(jìn)入實(shí)驗(yàn)室前先提出申請(qǐng)，對(duì)創(chuàng)新項(xiàng)目作簡(jiǎn)要說明，提出需要借用的設(shè)備和圖書，申請(qǐng)批準(zhǔn)后由實(shí)驗(yàn)室統(tǒng)籌安排進(jìn)入實(shí)驗(yàn)室。除了創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)室之外，所有專業(yè)實(shí)驗(yàn)室在滿足實(shí)驗(yàn)教學(xué)任務(wù)要求的前提下也向創(chuàng)新活動(dòng)開放，接納學(xué)生開展科技創(chuàng)新活動(dòng)，這些都對(duì)本科科技創(chuàng)新活動(dòng)提供了有力的支持。

依托創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)平臺(tái)及各專業(yè)實(shí)驗(yàn)室，學(xué)生科技創(chuàng)新活動(dòng)蓬勃開展，學(xué)科競(jìng)賽成績(jī)優(yōu)異。自2008年以來，學(xué)生在科技創(chuàng)新項(xiàng)目和各類競(jìng)賽中獲獎(jiǎng)300余項(xiàng)，其中，國(guó)家級(jí)一等獎(jiǎng)25項(xiàng)、二等獎(jiǎng)55項(xiàng)、三等獎(jiǎng)20項(xiàng)；市級(jí)一等獎(jiǎng)70余項(xiàng)、二等獎(jiǎng)100余項(xiàng)。通過完成創(chuàng)新項(xiàng)目的過程，培養(yǎng)了學(xué)生的創(chuàng)新意識(shí)和創(chuàng)新能力，提高了實(shí)踐動(dòng)手能力，培育了團(tuán)隊(duì)協(xié)作精神。

5 加強(qiáng)學(xué)校與企業(yè)交流合作，借助企業(yè)力量培養(yǎng)學(xué)生的工程實(shí)踐能力

實(shí)驗(yàn)中心與企業(yè)合作建立聯(lián)合實(shí)驗(yàn)室，為本科高年級(jí)學(xué)生提供多層面的就業(yè)培訓(xùn)，將目前市場(chǎng)上的主流產(chǎn)品介紹給學(xué)生，讓他們掌握這些產(chǎn)品的開發(fā)、調(diào)試技術(shù)，使學(xué)生在日后的工作中占得先機(jī)。先后與美國(guó)德州儀器公司、美國(guó)國(guó)家儀器公司、和利時(shí)公司建立聯(lián)合實(shí)驗(yàn)室，借助企業(yè)力量為學(xué)生提供更切合工程實(shí)際需求的各類培訓(xùn)，培養(yǎng)學(xué)生的工程實(shí)踐能力。

鼓勵(lì)學(xué)生參加企業(yè)主辦專業(yè)競(jìng)賽（如西門子杯、AB杯自動(dòng)化應(yīng)用系統(tǒng)大賽等），通過比賽過程中實(shí)際工程問題的研究解決，使學(xué)生了解自動(dòng)化專業(yè)應(yīng)用領(lǐng)域的前沿技術(shù)，促進(jìn)學(xué)生工程應(yīng)用能力的提高，激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)工程技術(shù)的興趣，也培養(yǎng)創(chuàng)新能力、協(xié)作精神，體現(xiàn)“學(xué)以致用”的理念。

6 改革實(shí)驗(yàn)教學(xué)方法，在教學(xué)過程中培養(yǎng)學(xué)生的工程實(shí)踐能力及創(chuàng)新能力

針對(duì)實(shí)驗(yàn)教學(xué)與工程實(shí)際相脫節(jié)的問題，在實(shí)驗(yàn)內(nèi)容中增加實(shí)際應(yīng)用系統(tǒng)的介紹內(nèi)容。如電機(jī)及運(yùn)動(dòng)控制實(shí)驗(yàn)中增加了介紹數(shù)控機(jī)床電機(jī)控制系統(tǒng)的內(nèi)容，教師對(duì)系統(tǒng)的組成、功能、工作原理給學(xué)生做詳盡的介紹，學(xué)生可以看到實(shí)際的控制板、電機(jī)，并能自己動(dòng)手操作一下，了解系統(tǒng)的軟硬件構(gòu)成，并就相關(guān)問題與教師直接交流。這一實(shí)驗(yàn)結(jié)束后，學(xué)生反響熱烈，大大激發(fā)了深入學(xué)習(xí)的熱情。

此外，在實(shí)驗(yàn)資源庫中還給學(xué)生提供了一些典型運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)的案例，如變頻空調(diào)控制系統(tǒng)、軋鋼過程中的張力控制系統(tǒng)等，分析系統(tǒng)工作原理及軟硬件實(shí)現(xiàn)。學(xué)生在課下通過學(xué)習(xí)了解實(shí)際生產(chǎn)過程中的電機(jī)是如何控制的，控制系統(tǒng)是什么樣子的，彌補(bǔ)了實(shí)驗(yàn)設(shè)備與工程實(shí)際相脫節(jié)的問題，也開闊了眼界，對(duì)學(xué)生實(shí)際工程應(yīng)用能力的培養(yǎng)是有益的促進(jìn)。

傳統(tǒng)的注入式教育方式，重知識(shí)灌輸、輕能力培養(yǎng)，學(xué)生難以積極主動(dòng)地參與教學(xué)活動(dòng)，不利于培養(yǎng)學(xué)生的自主學(xué)習(xí)能力和創(chuàng)新能力[3]，不能滿足工程教育的能力培養(yǎng)要求。改變傳統(tǒng)預(yù)習(xí)報(bào)告的方式，在實(shí)驗(yàn)之前，學(xué)生可以通過網(wǎng)絡(luò)實(shí)驗(yàn)平臺(tái)資源庫中相關(guān)的實(shí)驗(yàn)室概況及實(shí)驗(yàn)設(shè)備介紹、實(shí)驗(yàn)相關(guān)的課件和實(shí)驗(yàn)預(yù)習(xí)要求進(jìn)行預(yù)習(xí)，要求根據(jù)預(yù)設(shè)問題進(jìn)行預(yù)習(xí)工作。通過預(yù)習(xí)問題的引導(dǎo)，學(xué)生去查找資料，回顧所學(xué)的理論知識(shí)，完成實(shí)驗(yàn)預(yù)習(xí)問題。通過這樣的訓(xùn)練，引導(dǎo)學(xué)生積極思考，使學(xué)生的自主學(xué)習(xí)能力和知識(shí)的綜合運(yùn)用能力得到提升[4]。

在實(shí)驗(yàn)過程中出現(xiàn)問題時(shí)，教師在確保安全的前提下，引導(dǎo)學(xué)生根據(jù)故障現(xiàn)象分析故障原因，并通過所學(xué)理論知識(shí)解決問題。故障排除由學(xué)生完成，教師的作用是引導(dǎo)和把關(guān)。通過問題的解決，培養(yǎng)學(xué)生分析問題和解決問題的能力，同時(shí)動(dòng)手實(shí)踐能力也得到提高。

實(shí)驗(yàn)結(jié)束后，學(xué)生實(shí)驗(yàn)報(bào)告的撰寫不能是簡(jiǎn)單的實(shí)驗(yàn)過程和結(jié)果的羅列，要求必須對(duì)實(shí)驗(yàn)的現(xiàn)象和結(jié)果進(jìn)行分析。在分析過程中，實(shí)驗(yàn)結(jié)果回歸理論，通過實(shí)驗(yàn)結(jié)果的分析，再一次對(duì)理論知識(shí)進(jìn)行確認(rèn)，并對(duì)理論知識(shí)的理想情況與理論實(shí)際應(yīng)用的差別原因進(jìn)行分析，培養(yǎng)學(xué)生立足理論知識(shí)分析工程實(shí)際問題的能力。

7 結(jié)語

通過新的實(shí)驗(yàn)教學(xué)體系建設(shè)、實(shí)驗(yàn)室建設(shè)及結(jié)構(gòu)調(diào)整、校企合作及實(shí)驗(yàn)教學(xué)改革，解決了原有實(shí)驗(yàn)教學(xué)中存在的實(shí)驗(yàn)內(nèi)容與工程實(shí)際脫節(jié)，沒有充分重視學(xué)生的知識(shí)綜合應(yīng)用能力和創(chuàng)新意識(shí)的培養(yǎng)，以及實(shí)驗(yàn)教學(xué)方法、手段單一的問題，注重了工程實(shí)踐能力及創(chuàng)新能力的培養(yǎng)，從而為培養(yǎng)高素質(zhì)的自動(dòng)化專業(yè)工程應(yīng)用型人才打下了良好的基礎(chǔ)[5]。

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